[發明專利]一種分子級加氫裝置模擬及優化方法

有效

• 申請號: 201910111090.4
• 申請日: 2019-02-12
• 公開（公告）號: CN109815616B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 劉松軍;艾雙;何愷源
• 申請（專利權）人: 廣東辛孚科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙) 33216
• 代理人: 張慧英

本發明涉及一種分子級加氫裝置模擬及優化方法，本發明方法對煉化生產過程中加氫裝置，包括加氫精制、加氫改質、加氫裂化裝置，進行準確、高效的模擬與優化。本發明采用比傳統集總模型更為精確的分子級模型描述加氫反應器中的物理化學、反應動力學過程；采用多維催化劑失活模型，描述不同原因對催化劑不同功能所造成的活性下降；采用特定的模型參數校正與模擬預測模式，更為合理的分配模型校正和模型預測兩種狀態間的交替使用；采用特定的優化方法，更迅速、更準確的獲得裝置操作條件的最優方案。本發明的方法可運用于加氫裝置的實時優化，突破了已有方法多用于離線優化的局限。

技術領域

本發明涉及石油煉制及石油化工生產技術領域，尤其涉及一種分子級加氫裝置模擬及優化方法。

背景技術

近年來，世界原油儲量中輕質化低硫原油越來越少，重質化高硫原油越來越多。但重質化高硫原油對原油精煉帶來額外的壓力。與此同時，各國對油品質量的要求也越來越嚴格。因此，加氫技術作為煉油工藝中提升油品質量的重要技術之一，在近年來也越來越受到重視，生產能力連年上升。在煉化生產過程中，加氫裝置通常包括加氫精制、加氫改質、加氫裂化等裝置。這些加氫裝置通常運行在高溫、高壓的操作條件下。所出產的石腦油產品、柴油產品受原料組成、操作條件的影響很大。因此，對加氫裝置進行準確的計算機模擬，并對裝置的原料組成、操作條件進行優化，是提升加氫裝置運行效益的關鍵。

對加氫裝置的模擬通常包括兩個關鍵技術組成：1)對裝置的物理結構、質量傳遞、熱量傳遞、動量傳遞進行模擬；2)對裝置中所發生的化學反應構建動力學機理進行模擬。二者的結合構成了加氫裝置模擬的核心模塊。目前，已有技術對動力學機理的模擬多采用集總動力學方法。集總動力學方法即對加氫過程中復雜的組分，按照動力學特性將其劃分為若干個集總組分，在動力學模擬中將每個集總作為虛擬的單一組分來考察，建立集總動力學模型。集總方法無法把握詳細的組成信息，而是通過一種簡化的途徑，來獲取模型的簡易度。這就導致集總方法的兩個不足：1)無法準確的預測產品詳細組成、性質；2)集總模型的適用范圍較窄，當原料、操作條件發生較大變化時，模型容易失準，從而失去應用價值。

已有技術另一個不足之處在于未能提出完善的加氫催化劑失活模型，模擬生產過程中催化劑的活性降低過程。加氫催化劑通常在如下方面發揮功能：脫硫、脫氮、脫金屬、飽和、開環、裂化。加氫催化劑失活通常包括如下原因：積炭、金屬聚集、中毒、載體倒塌。這些原因導致催化劑失活的速度各不相同，對催化劑不同功能的失活影響程度也各不相同。這就要求有一個完善的催化劑失活模型，對不同原因、不同功能的失活分別建立量化模型來模擬失活對催化劑功能帶來的影響。已有技術通常采用單一的失活曲線模型描述催化劑在整個使用壽命中的失活程度。但單一的失活曲線模型無法體現催化劑不同功能失活速率的差異，影響模型的預測精度。

發明內容

本發明為克服上述的不足之處，目的在于提供一種分子級加氫裝置模擬及優化方法，本發明方法對煉化生產過程中加氫裝置，包括加氫精制、加氫改質、加氫裂化裝置，進行準確、高效的模擬與優化。本發明采用比傳統集總模型更為精確的分子級模型描述加氫反應器中的物理化學、反應動力學過程；采用多維催化劑失活模型，描述不同原因對催化劑不同功能所造成的活性下降；采用特定的模型參數校正與模擬預測模式，更為合理的分配模型校正和模型預測兩種狀態間的交替使用；采用特定的優化方法，更迅速、更準確的獲得裝置操作條件的最優方案。本發明的方法可運用于加氫裝置的實時優化，突破了已有方法多用于離線優化的局限。

本發明是通過以下技術方案達到上述目的：一種分子級加氫裝置模擬及優化方法，包括如下步驟：

(1)建立加氫裝置模型，所述的加氫裝置模型包括動力學模型、多維催化劑模型、加氫反應器模型；

(2)根據實際數據，對步驟(1)所建立模型的參數進行校正；

(3)在步驟(2)完成參數校正的基礎上，進行裝置操作條件的優化計算；其中，優化計算包括根據優化的需求建立優化目標函數，并采用柵格化方法進行優化計算；